銀—額盆地居延海坳陷北部侏羅紀(jì)煤田地質(zhì)特征及其找煤方向研究

徐永 楊小鋒 趙彥博

摘要：銀根—額濟(jì)納旗盆地為內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)及其研究最薄弱的地區(qū)。本文闡明了盆地西部居延海拗陷的地層構(gòu)成和中、下侏羅統(tǒng)的含煤性，分析了盆地的構(gòu)造演化及其對(duì)含煤地層的后期改造，探討了含煤巖系與白堊系的構(gòu)造疊合關(guān)系以及含煤地層的賦存特征。在此基礎(chǔ)上，提出了該區(qū)進(jìn)一步找煤的思路、方向和建議。

關(guān)鍵詞：銀—額盆地 居延海坳陷 侏羅紀(jì)含煤地層 構(gòu)造疊合 找煤

1.引言

居延海坳陷是銀根—額濟(jì)納旗盆地西部的一個(gè)構(gòu)造單元，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟西北部戈壁荒漠區(qū)。由于該區(qū)自然環(huán)境及交通不便等條件的限制，在2007年之前，僅作過煤礦點(diǎn)調(diào)查和個(gè)別地段的普查，煤炭資源潛力曾被否定，其找煤工作一直比較薄弱，煤田地質(zhì)資料甚少，研究程度也很低。

隨著內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及其對(duì)煤炭資源需求量的增大，近幾年由我院承擔(dān)了阿拉善盟西北部煤炭資源調(diào)查項(xiàng)目，開展了以居延海坳陷北部為重點(diǎn)的找煤工作，目前已在數(shù)個(gè)區(qū)段發(fā)現(xiàn)了含煤地層及其可采煤層，找煤工作取得了初步進(jìn)展和突破。本文旨在對(duì)煤田基本地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，探討進(jìn)一步找煤的方向并提出找煤建議。

2.盆地地質(zhì)背景

銀根—額濟(jì)納旗盆地的東—東南—南等方向分別以狼山—哈拉烏山—雅布額山為界，西南至北大山，西界為北山，北與蒙古國(guó)接壤并延伸至境外。該盆地進(jìn)一步可劃分為居延海坳陷、綠園隆起、務(wù)桃亥坳陷、蘇紅圖坳陷、特羅西灘隆起、達(dá)古坳陷、宗乃山隆起、楚魯隆起、蘇亥圖坳陷、尚丹坳陷、本巴圖隆起和查干德勒蘇坳陷共12個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。

銀根—額濟(jì)納旗盆地是以興蒙海西褶皺帶為基底的一個(gè)中新生代盆地群。在晚二疊世的海西晚期，天山—興蒙海槽閉合，西伯利亞、華北和塔里木三大板塊最終拼接為一個(gè)統(tǒng)一的大陸，形成近東西向弧形展布的巨型褶皺帶。在中、新生代陸內(nèi)構(gòu)造變形階段，印支期盆地區(qū)處于剝蝕狀態(tài)。從早侏羅世到中侏羅世，在以太平洋構(gòu)造域向西擠壓為主導(dǎo)的區(qū)域構(gòu)造背景下，褶皺帶內(nèi)部引起構(gòu)造活化，斷塊發(fā)生松弛而重新活動(dòng)[1]，古氣候也變得溫暖潮濕，發(fā)育了一系列的斷陷型煤盆地。自晚侏羅世起，煤盆地經(jīng)歷了燕山期及喜山期等多個(gè)階段的后期改造，區(qū)內(nèi)幾度構(gòu)造升降和相應(yīng)的剝蝕、充填，最終演化為一個(gè)中、新生代疊合盆地。

阿爾金斷裂左行走滑基底深大斷裂，總體NEE—SWW展布，具有多期活動(dòng)性質(zhì)。該斷裂切過銀-額盆地并將其分割為南北兩部分，使盆地南北的地層、構(gòu)造及巖漿活動(dòng)等方面出現(xiàn)明顯的差異，對(duì)盆地的形成和演化起了重要的控制作用。就西部的居延海坳陷而言，在早、中侏羅世和早白堊世，其北部地區(qū)發(fā)生了兩次明顯的斷陷作用，形成了北東、北東東向展布的兩個(gè)階段的疊合斷陷盆地[2]。圖2-a顯示了早白堊世末期二級(jí)構(gòu)造單元的分布特征，其構(gòu)造格架由凹陷與凸起相間構(gòu)成（圖2-b）。

3.居延海坳陷地層構(gòu)成

據(jù)由過井剖面地震地質(zhì)層位標(biāo)定的居參1井和其他煤田鉆孔資料[3]，居延海坳陷北部主要發(fā)育了侏羅系和白堊系，缺失三疊系及第三系，侏羅系的沉積基底為前中生代下二疊統(tǒng)火山巖或下石炭統(tǒng)變質(zhì)巖以及海西期花崗巖等褶皺帶不同時(shí)期的地層。中—下侏羅統(tǒng)為含煤地層，上侏羅統(tǒng)為非含煤巖系并與白堊系一起構(gòu)成含煤地層的上覆地層。該區(qū)中—下侏羅統(tǒng)煤系零星出露，為隱伏、半隱伏煤田。

3.1中—下侏羅統(tǒng)含煤地層

居延海坳陷北部中—下侏羅統(tǒng)含煤地層的發(fā)育和保存較為完整，包括下侏羅統(tǒng)岌岌溝組和中侏羅統(tǒng)龍鳳山組。這套地層與銀—額盆地之南的潮水盆地和雅布賴盆地同期含煤地層可以對(duì)比。

下侏羅統(tǒng)岌岌溝組由深灰色、灰綠色礫巖夾細(xì)碎屑巖組成，局部發(fā)育雜色礫巖、炭質(zhì)泥巖及薄煤層，該組在坳陷一些區(qū)段缺失，厚度大于381m。

中侏羅統(tǒng)龍鳳山組以灰色、灰綠色礫巖、砂礫巖、砂巖為主，夾細(xì)碎屑巖及煤層或煤線，與下侏羅統(tǒng)為連續(xù)沉積。龍鳳山組含煤地層可分為上下兩個(gè)巖段，下部巖段為含煤段。在岌岌溝組缺失地段，龍鳳山組直接沉積在在基底不整合面上。該組地層普遍經(jīng)歷過剝蝕，殘余地層厚度198—291m。

3.2上覆地層上侏羅統(tǒng)

上侏羅統(tǒng)沙棗河組由一套雜色礫巖、砂礫巖組成的粗碎屑巖系組成，夾少量棕紅色薄層含礫細(xì)碎屑巖，不含煤，與龍鳳山組呈不整合接觸。該地層分布相對(duì)局限，居參1井見殘余厚度489m。

3.3上覆地層白堊系

圖3為居延海坳陷北部凹陷的地層沉積序列，其地層構(gòu)成特征反映出該部位缺失下侏羅統(tǒng)岌岌溝組沉積，中侏羅統(tǒng)龍鳳山組為區(qū)內(nèi)主要含煤地層，上覆地層僅保存了下白堊統(tǒng)巴音戈壁組。

4.煤層及煤質(zhì)

4.1含煤情況

依據(jù)目前少量煤田鉆孔資料揭露，龍鳳山組含煤段從上到下至少發(fā)育3個(gè)煤組，上部Ⅰ煤組為主要含煤沉積單元，見有可采煤層，煤層最大厚度2.79m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；中部Ⅱ煤組和下部Ⅲ煤組僅見有不可采煤層。含煤光系沉積環(huán)境分析表明，含煤地層龍鳳山組為河流體系沉積，沉積相變較頻繁，聚煤作用受控于不穩(wěn)定的泛濫平原環(huán)境。因此，煤層厚度在空間上變化較大，不可采煤層在側(cè)向上可能演變?yōu)檩^厚的可采煤層。

4.2煤質(zhì)特征

依據(jù)對(duì)兩個(gè)凹陷4個(gè)鉆孔3個(gè)煤層及其分煤層共計(jì)8個(gè)樣品的實(shí)驗(yàn)室分析、測(cè)試結(jié)果，居延海坳陷北部侏羅紀(jì)煤主要為條帶狀半亮煤和半暗煤組成，宏觀煤巖類型為半亮型，因受后期構(gòu)造擠壓有的部位形成柔皺煤。

5.盆地的構(gòu)造演化

5.1早、中侏羅世構(gòu)造階段

5.2晚侏羅世構(gòu)造階段

地震剖面顯示斷陷期正斷層斷至中侏羅統(tǒng)頂部后，向上未切穿上覆上侏羅統(tǒng)，反映出斷陷活動(dòng)到中侏羅世末已明顯變?nèi)趸蚧窘Y(jié)束。上侏羅統(tǒng)雜色非煤沉積與下伏中侏羅統(tǒng)灰色含煤巖系呈不整合接觸，這表明斷陷煤盆地在中侏羅世末后曾受到擠壓而發(fā)生構(gòu)造抬升，含煤地層遭到了剝蝕。晚侏羅世沙棗河組為不整合面上低洼地帶的沉積，屬于具一定繼承性的充填（圖4）。

在晚侏羅世末構(gòu)造反轉(zhuǎn)、隆升的區(qū)域背景下[4]，該區(qū)受到了南北的擠壓，使侏羅系地層向北逆沖抬升。阿爾金斷裂以北斷陷期正斷層反轉(zhuǎn)為壓扭性質(zhì)的逆斷層及次級(jí)背斜，斷裂以南受到相對(duì)更為明顯的構(gòu)造擠壓，形成了近東西向的褶皺構(gòu)造和逆沖斷層，該期燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成了侏羅系最為強(qiáng)烈的改造和剝蝕。

5.3早白堊世構(gòu)造階段

早白堊世為盆地第二次裂陷階段。在全區(qū)再次轉(zhuǎn)化為張扭應(yīng)力場(chǎng)背景下，繼承性正斷層活動(dòng)，在居延海坳陷北部形成一系列北東向長(zhǎng)而窄的斷陷盆地（圖2）。由于阿爾金斷裂左行走滑的影響，斷陷呈S形展布或左行雁列式排列。較早、中侏羅世，該期斷陷數(shù)量增多，整體規(guī)模擴(kuò)大，反映了裂陷作用增強(qiáng)和擴(kuò)展。早白堊世末居延海坳陷抬升隆起，并在盆地東部及坳陷南部等地發(fā)生火山巖活動(dòng)，下白堊統(tǒng)遭到一定程度的剝蝕。

5.4晚白堊世構(gòu)造階段

在晚白堊世盆地整體沉降坳陷階段，遠(yuǎn)離阿爾金斷裂帶的居延海坳陷北部?jī)H出現(xiàn)小幅度構(gòu)造沉降，發(fā)育了較薄的上白堊統(tǒng)沉積。

5.5第三紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造階段

隨著印度板塊與歐亞板塊的碰撞，全區(qū)處于向北擠壓的區(qū)域構(gòu)造背景，居延海坳陷南部發(fā)生逆沖，形成一系列逆斷層。北部為隆升狀態(tài)，缺失第三系沉積，第四系廣泛發(fā)育。

6.構(gòu)造疊合關(guān)系及其含煤地層的賦存特征

盆地每個(gè)階段的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都對(duì)前階段造成地質(zhì)改造，現(xiàn)今構(gòu)造是所有階段構(gòu)造最終疊加的結(jié)果。上述盆地構(gòu)造演化表明，從早、中侏羅世原型聚煤盆地形成至今，經(jīng)歷了張扭斷陷到壓扭抬升等數(shù)次周期性的多個(gè)階段的改造，這些后期構(gòu)造及其相互疊合關(guān)系控制了含煤地層的形變和埋藏等賦存狀態(tài)，決定了煤田的構(gòu)造特征。

在居延海坳陷北部，上侏羅統(tǒng)繼承性沉積地層與下伏煤系地層屬于同位性疊合，具有一致性賦存關(guān)系。晚侏羅世末燕山運(yùn)動(dòng)使含煤地層遭到了第一次較嚴(yán)重的破壞和改造，該期區(qū)域擠壓引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，造成侏羅系強(qiáng)烈地抬升和構(gòu)造變形，上侏羅統(tǒng)大部分剝蝕，下、中侏羅統(tǒng)部分剝蝕，含煤地層主要被保存于原來斷陷下降盤及其他抬升較弱的部位。

在晚白堊世和第三紀(jì)及第四紀(jì)，相互疊合的兩套地層盡管又經(jīng)歷了數(shù)次構(gòu)造演化，但屬于整體性同步升降運(yùn)動(dòng)，未改變其基本的同位疊合關(guān)系。因此，下白堊統(tǒng)與侏羅系埋藏、賦存狀態(tài)保持了總體的一致性。

7.找煤方向及建議

含煤地層、含煤性和煤系埋藏賦存是掩伏地區(qū)找煤預(yù)測(cè)工作關(guān)注的三個(gè)基本成礦條件。只有存在含煤地層才有可能發(fā)現(xiàn)煤層，含煤性較好才會(huì)有可采煤層存在，煤系埋藏賦存較淺才有勘查開采意義。

從居延海坳陷北部煤田地質(zhì)特征可以看出，該區(qū)早、中侏羅世斷陷盆地發(fā)育了含煤巖系及可采煤層，斷陷期以盆嶺構(gòu)造為特征，含煤地層后期遭受了多階段的改造而保存不完整。因此，尋找到含煤地層成為目前找煤工作的首要關(guān)鍵問題。

1.在晚侏羅世末擠壓抬升改造階段，從阿爾金走滑斷裂向北距離越遠(yuǎn)，含煤地層受到的形變、剝蝕等改造強(qiáng)度變?nèi)酢Ｒ虼?，找煤工作?yīng)從延海坳陷最北部開始，然后逐漸向南推進(jìn)開展。

2.依據(jù)下白堊統(tǒng)與下伏侏羅系的同位疊合關(guān)系和埋藏、賦存的基本一致性特征，應(yīng)在下白堊統(tǒng)存在地段，特別是主干正斷層內(nèi)側(cè)的下白堊統(tǒng)地段，首先圈定找煤遠(yuǎn)景區(qū)，尋找下白堊統(tǒng)下伏的含煤地層。

3.鑒于有的早白堊世斷陷發(fā)生在早、中侏羅世斷隆之上，下白堊統(tǒng)形成超覆異位疊合，其下伏很可能沒有含煤地層存在，因此，在所圈定的找煤遠(yuǎn)景區(qū)，應(yīng)首先開展煤田地震工作，確定是否保存有含煤地層和含煤地層賦存的構(gòu)造樣式及埋藏深度，據(jù)此來指導(dǎo)鉆探工程的合理布置。

4.已有資料表明，居延海坳陷北部含煤地層為河流體系沉積，煤層形成于泛濫平原環(huán)境，其側(cè)向穩(wěn)定性較差。因此，在找煤過程中，要充分運(yùn)用已有鉆井資料進(jìn)行沉積聚煤環(huán)境分析，正確判斷和預(yù)測(cè)含煤性變化及富煤帶展布方向，以便指導(dǎo)布鉆，提高勘查效率。

5.已知小青山、希熱哈達(dá)、建國(guó)營(yíng)、準(zhǔn)扎海烏蘇、天草據(jù)等凹陷區(qū)有含煤地層存在，有的已由鉆孔證實(shí)發(fā)育有可采煤層，故建議將此作為首選有利區(qū)塊，以綜合手段進(jìn)一步開展找煤工作。